声呐是探潜最为常用的手段,但由于潜艇隐身技术的发展(包括超静音柴油引擎及核动力引擎、消音装置及隐身涂料),大多数主动和被动声学探测方法都无法探测到现代舰艇的存在。然而,非声探测技术的发展则有望发现现代舰艇尤其是战略核潜艇的位置。
非声探潜技术是指那些不依赖收集水下航行器发出或反射回来的声波来进行定位的技术。如今,基于光源的成像技术及磁异常检测(MAD)技术已经取得了巨大发展。基于光源成像主要依赖激光雷达(LIDAR)技术,其工作原理是发射激光脉冲并测量反射光的返回时间与强度。当激光雷达技术部署到太空或海上平台时,它可以跟踪潜艇对海面的干扰或直接对潜艇进行拍照。目前,激光雷达技术只能探测到水下200m的深度(有些人预计可达500m)。磁异常探测设备主要用来严密监视磁场环境。当磁异常检测设备从海面上空飞过时,它可以定位潜艇金属艇身或盐离子尾迹对地球自然磁场的干扰。上述两种探测方法的区别在于:激光雷达技术可以从更远的距离对更广阔的海域实施扫描,而磁异常探测设备则必须在低空飞行或潜水状态下使用。
与声学探测方法不同,上述两种方法都可以通过直接探测或监测环境干扰来定位最静音的潜艇。这种对静音潜艇的探测能力可大大提升反潜作战时的态势感知能力。对常规攻击潜艇进行探测,可以使海上力量避免遭受鱼雷攻击或摧毁敌方火力;对战略核潜艇进行追踪和锁定,可以摧毁带有核弹头的潜射弹道导弹。静音战略核潜艇是美国、俄罗斯、英国、法国、印度和中国核打击能力的重要组成部分。本文将介绍非声探测技术的最新发展,带领大家了解非声探测的一些先进手段。
一、利用合成孔径雷达
探测潜艇运动对环境造成的干扰是一种早期的反潜方法。最初的工作集中在通过合成孔径雷达(SAR)跟踪海水位错引起的海水表面的扰动。1978年,美国宇航局(NASA)的海洋卫星(SeaSat)证明天基合成孔径雷达(SAR) 有能力绘制水下地形图和波型图。发展海洋遥感技术的战略意义在于,它可以探测到潜艇通过某一水域时留下的水波。特别是潜艇搅动水流而产生的伯努利水丘(近尾流,即由行进中的潜水艇引起的海平面高度的微小上升)及开尔文波(远尾流,即紧随海洋干扰的v形尾迹)。由于雷达卫星无法检测到小至1mm的异常投影,因此对伯努利水丘的探测受到限制。当潜艇处于低速深潜航行状态时,开尔文波呈对数级衰减也给潜艇探测带来了同样的难题。由天气、洋流和海洋动物运动引起的海水表面高度的自然不规则进一步增加了准确检测的难度。海洋卫星(Seasat)发射后,五角大楼对精密商业太空雷达技术进行了封锁,并于1988年发射了自己的情报雷达卫星。1997年,中国也掌握了这项技术。
二、利用激光雷达技术
激光雷达技术的发展使人们可以对海面高度及水下波纹的细小变化进行精确探测。现代化的激光雷达技术比合成孔径雷达更精确,能够测量小于1cm的细小变化。目前,美国宇航局正在部署高分辨率激光成像技术,以便精确测量冰、云和陆地的高度。美国宇航局戈达德飞行中心(NASA-CJ0ddard)于2018年发射的“冰云和陆地高度卫星-2”(ICESat-2)配备了先进的地形激光测高系统,该系统能够以小于2.5cm的精度检测地冰高度,还能够对海洋表面的高度和起伏度进行跟踪监视。目前,在太空部署精密激光成像技术耗资巨大。例如,ICESat-2卫星需要11亿美元的资金。尽管在海面监测方面取得了进步,但自20世纪90年代以来,非保密文献对于利用尾波传感激光雷达探测潜艇等问题讳莫如深。鉴于潜艇技术及其部署情况属高度保密,各国海军很可能会继续探索这种探潜技术。
三、直接对潜艇进行探测
安装在卫星、飞机和潜艇上的光学成像技术可直接探测到潜艇。除了对海面高度进行测量外,激光雷达还可以通过在水中传输光脉冲来创建水下环境地图。如果出现异常的反射激光信号或激光被吸收,那么水下环境地图上便会出现一个黑斑,进而可以探测到处于移动或静止状态的潜艇。近年来,随着测深激光雷达技术的发展,激光雷达的水下应用正在不断拓展。该技术能够只发射波长特定且最不易被海水吸收的激光。机载激光雷达系统面临的最大制约因素是海水的浑浊度及天气,两者都会指数级地增加激光脉的折射率,从而降低激光雷达的强度与精度。除了天基和空基遥感外,安装在潜艇和无人潜航器(UI)上的小型激光雷达传感器还可以大幅提升潜艇对潜艇的探测能力。小型无人潜航器可以蜂群部署,从而降低在敌方水域遭受重大战损的风险,并提升利用多个激光雷达传感器对大面积海域进行扫描的能力。目前,利用无人潜航器跟踪潜艇仍受无人潜航器推进系统、动力及通信等方面的工程限制,各国也一直在秘密从事相关方面的研究工作。


非声探潜技术是指那些不依赖收集水下航行器发出或反射回来的声波来进行定位的技术。如今,基于光源的成像技术及磁异常检测(MAD)技术已经取得了巨大发展。基于光源成像主要依赖激光雷达(LIDAR)技术,其工作原理是发射激光脉冲并测量反射光的返回时间与强度。当激光雷达技术部署到太空或海上平台时,它可以跟踪潜艇对海面的干扰或直接对潜艇进行拍照。目前,激光雷达技术只能探测到水下200m的深度(有些人预计可达500m)。磁异常探测设备主要用来严密监视磁场环境。当磁异常检测设备从海面上空飞过时,它可以定位潜艇金属艇身或盐离子尾迹对地球自然磁场的干扰。上述两种探测方法的区别在于:激光雷达技术可以从更远的距离对更广阔的海域实施扫描,而磁异常探测设备则必须在低空飞行或潜水状态下使用。
与声学探测方法不同,上述两种方法都可以通过直接探测或监测环境干扰来定位最静音的潜艇。这种对静音潜艇的探测能力可大大提升反潜作战时的态势感知能力。对常规攻击潜艇进行探测,可以使海上力量避免遭受鱼雷攻击或摧毁敌方火力;对战略核潜艇进行追踪和锁定,可以摧毁带有核弹头的潜射弹道导弹。静音战略核潜艇是美国、俄罗斯、英国、法国、印度和中国核打击能力的重要组成部分。本文将介绍非声探测技术的最新发展,带领大家了解非声探测的一些先进手段。
一、利用合成孔径雷达
探测潜艇运动对环境造成的干扰是一种早期的反潜方法。最初的工作集中在通过合成孔径雷达(SAR)跟踪海水位错引起的海水表面的扰动。1978年,美国宇航局(NASA)的海洋卫星(SeaSat)证明天基合成孔径雷达(SAR) 有能力绘制水下地形图和波型图。发展海洋遥感技术的战略意义在于,它可以探测到潜艇通过某一水域时留下的水波。特别是潜艇搅动水流而产生的伯努利水丘(近尾流,即由行进中的潜水艇引起的海平面高度的微小上升)及开尔文波(远尾流,即紧随海洋干扰的v形尾迹)。由于雷达卫星无法检测到小至1mm的异常投影,因此对伯努利水丘的探测受到限制。当潜艇处于低速深潜航行状态时,开尔文波呈对数级衰减也给潜艇探测带来了同样的难题。由天气、洋流和海洋动物运动引起的海水表面高度的自然不规则进一步增加了准确检测的难度。海洋卫星(Seasat)发射后,五角大楼对精密商业太空雷达技术进行了封锁,并于1988年发射了自己的情报雷达卫星。1997年,中国也掌握了这项技术。
二、利用激光雷达技术
激光雷达技术的发展使人们可以对海面高度及水下波纹的细小变化进行精确探测。现代化的激光雷达技术比合成孔径雷达更精确,能够测量小于1cm的细小变化。目前,美国宇航局正在部署高分辨率激光成像技术,以便精确测量冰、云和陆地的高度。美国宇航局戈达德飞行中心(NASA-CJ0ddard)于2018年发射的“冰云和陆地高度卫星-2”(ICESat-2)配备了先进的地形激光测高系统,该系统能够以小于2.5cm的精度检测地冰高度,还能够对海洋表面的高度和起伏度进行跟踪监视。目前,在太空部署精密激光成像技术耗资巨大。例如,ICESat-2卫星需要11亿美元的资金。尽管在海面监测方面取得了进步,但自20世纪90年代以来,非保密文献对于利用尾波传感激光雷达探测潜艇等问题讳莫如深。鉴于潜艇技术及其部署情况属高度保密,各国海军很可能会继续探索这种探潜技术。
三、直接对潜艇进行探测
安装在卫星、飞机和潜艇上的光学成像技术可直接探测到潜艇。除了对海面高度进行测量外,激光雷达还可以通过在水中传输光脉冲来创建水下环境地图。如果出现异常的反射激光信号或激光被吸收,那么水下环境地图上便会出现一个黑斑,进而可以探测到处于移动或静止状态的潜艇。近年来,随着测深激光雷达技术的发展,激光雷达的水下应用正在不断拓展。该技术能够只发射波长特定且最不易被海水吸收的激光。机载激光雷达系统面临的最大制约因素是海水的浑浊度及天气,两者都会指数级地增加激光脉的折射率,从而降低激光雷达的强度与精度。除了天基和空基遥感外,安装在潜艇和无人潜航器(UI)上的小型激光雷达传感器还可以大幅提升潜艇对潜艇的探测能力。小型无人潜航器可以蜂群部署,从而降低在敌方水域遭受重大战损的风险,并提升利用多个激光雷达传感器对大面积海域进行扫描的能力。目前,利用无人潜航器跟踪潜艇仍受无人潜航器推进系统、动力及通信等方面的工程限制,各国也一直在秘密从事相关方面的研究工作。


